強酸性硫化砷廢渣的穩(wěn)定固化

周書利，尚通明，仲鵬鵬，劉維橋

（江蘇理工學院 化學與環(huán)境工程學院，江蘇 常州 213001）

強酸性硫化砷廢渣的穩(wěn)定固化

周書利，尚通明，仲鵬鵬，劉維橋

（江蘇理工學院 化學與環(huán)境工程學院，江蘇 常州 213001）

采用污泥、石灰、氧化鎂和水泥等藥劑穩(wěn)定固化強酸性硫化砷廢渣（簡稱砷渣）。以浸出液中砷的質(zhì)量濃度為考核指標，采用正交實驗考察了穩(wěn)定化藥劑加入量對廢渣浸出毒性的影響。實驗結(jié)果表明：污泥加入量是影響廢渣浸出毒性的最主要因素；在m（污泥）∶m（砷渣）=2.0、m（石灰）∶m（砷渣）=1.0、m（氧化鎂）∶m（砷渣）=0.10、m（水泥）∶m（砷渣）=0.3的最佳實驗條件下，砷的浸出質(zhì)量濃度由1 780.00 mg/L降至1.37 mg/L，低于GB 18598—2001《危險廢物填埋污染控制標準》中砷浸出質(zhì)量濃度為2.5 mg/L的填埋限值；處理后廢渣中其他金屬的浸出質(zhì)量濃度也低于標準限值。

硫化砷廢渣；污泥；穩(wěn)定固化；浸出毒性

硫酸和磷酸是重要的工業(yè)原料，廣泛應(yīng)用于制藥、食品、肥料等行業(yè)。在硫酸和磷酸的生產(chǎn)過程中，需在強酸性條件下添加硫化物（硫化氫或硫化磷）進行深度脫砷。所產(chǎn)生的硫化砷廢渣（簡稱砷渣）為橘黃色，具有強酸性。據(jù)調(diào)查，每生產(chǎn)1 t硫酸或磷酸會產(chǎn)生超過30 t砷渣。砷渣屬于危險廢物，其毒性物質(zhì)可從廢物流失至環(huán)境中，對環(huán)境造成嚴重的污染。砷能形成一系列的高毒性化合物，可通過皮膚、呼吸道等進入人體，引起神經(jīng)衰弱綜合癥、皮膚黏膜病變、肺癌和皮膚癌等［1］，對人體的危害極大。因此，研究含砷廢物的處理處置方法具有重要的意義。目前，含砷廢物的處理處置方法多為采用水泥、黃沙和粉煤灰等常用固化材料進行固化［2-8］。尚未見報道以污泥為固化材料、“以廢治廢”的含砷廢物處理方法。

本工作以揚州某化工廠的砷渣為研究對象，選取污泥、水泥、石灰和氧化鎂作為穩(wěn)定化藥劑，對砷渣進行穩(wěn)定固化研究，并通過正交實驗確定了最佳的穩(wěn)定化藥劑加入量。

1 實驗部分

1.1 材料和儀器

氧化鎂：分析純。325#硅酸鹽水泥、石灰：工業(yè)級。

砷渣：揚州某化工廠，橘黃色，具有強酸性。

污泥：電鍍行業(yè)廢水處理后產(chǎn)生的含重金屬污泥。

砷渣和污泥的浸出毒性分析見表1。由表1可見：砷渣中砷的浸出質(zhì)量濃度為1 780.00 mg/L，其他金屬的浸出質(zhì)量濃度較低；污泥中各種金屬的浸出毒性均較低，屬于一般工業(yè)固體廢物。

FA2004型電子天平：上海舜宇恒平科學儀器有限公司；GGC-1000型翻轉(zhuǎn)振蕩機：北京國環(huán)高科自動化技術(shù)研究院；TAS-990型原子吸收分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司。

表1 砷渣和污泥的浸出毒性分析 ρ，mg/L

1.2 砷渣的穩(wěn)定固化原理

在砷渣中加入污泥（主要含金屬鐵）和石灰后的主要化學反應(yīng)見式（1）～（5）［9-10］。Fe2+水解生成Fe（OH）2，F(xiàn)e（OH）2經(jīng)氧化生成Fe（OH）3。Fe（OH）3具有較大的吸附表面，能將砷的沉淀物吸附包裹，進而去除。此外，鐵的氫氧化物和氫氧化鈣能與砷發(fā)生化學反應(yīng)，生成溶解度更小的FeAsO3沉淀和Ca3（AsO3）2沉淀。加入具有較大吸附表面的氧化鎂，可進一步吸附上述沉淀物，提高砷的去除率。最后加入水泥，可提高固化體的強度，使廢渣達到填埋的要求。

1.3 砷渣的穩(wěn)定固化方法

向砷渣中依次加入一定量的污泥、石灰、氧化鎂和水泥，每加入一種物料攪拌10 min，攪拌速率為60 r/min。物料加入完畢后，將攪拌體攤平，在室溫下避光通風自然養(yǎng)護，固化3 d。

1.4 分析方法

將固化廢渣粉碎混勻，按照HJ/T 299—2007《固體廢物 浸出毒性浸出方法——硫酸硝酸法》［11］和GB 5086.1—1997《固體廢物 浸出毒性浸出方法——翻轉(zhuǎn)法》［12］，制備廢渣浸出液。采用原子吸收分光光度法測定銅、鋅、鉛、鎘、鎳、鉻和鋇的質(zhì)量濃度；采用二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法測定砷的質(zhì)量濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實驗

在前期實驗的基礎(chǔ)上，以浸出液中砷的質(zhì)量濃度為考核指標，采用正交實驗考察污泥、石灰、氧化鎂和水泥的加入量對穩(wěn)定固化效果的影響。正交實驗因素水平見表2，正交實驗結(jié)果見表3。由表3可見：各因素影響大小的順序為m（污泥）∶m（砷渣）＞ m（石灰）∶m（砷渣）＞ m（氧化鎂）∶m（砷渣）＞ m（水泥）∶m（砷渣），即污泥加入量是影響砷浸出毒性的最主要因素；各因素的最佳水平組合為A3B2C2D1，即m（污泥）∶m（砷渣）= 2.0、m（石灰）∶m（砷渣）=1.0、m（氧化鎂）∶m（砷渣）=0.10、m（水泥）∶m（砷渣）=0.3。

2.2 處理后廢渣的浸出毒性

在m（污泥）∶m（砷渣）=2.0、m（石灰）∶m（砷渣）=1.0、m（氧化鎂）∶m（砷渣）=0.10、m（水泥）∶m（砷渣）=0.3的最佳條件下穩(wěn)定固化砷渣。處理后廢渣的浸出毒性見表4。由表4可見：穩(wěn)定固化后廢渣中砷的浸出質(zhì)量濃度為1.37 mg/L，低于GB 18598—2001《危險廢物填埋污染控制標準》［13］中的填埋限值（砷浸出質(zhì)量濃度為2.5 mg/L）；廢渣中其他金屬的浸出質(zhì)量濃度也低于標準限值。

表2 正交實驗因素水平

表3 正交實驗結(jié)果

表4 處理后廢渣的浸出毒性 ρ，mg/L

3 結(jié)論

a）向砷渣中依次加入污泥、石灰、氧化鎂和水泥等穩(wěn)定化藥劑，穩(wěn)定固化砷渣，最終達到砷渣無害化填埋的目的。通過正交實驗得到砷渣穩(wěn)定固化的最佳條件為：m（污泥）∶m（砷渣）=2.0、m（石灰）∶m（砷渣）=1.0、m（氧化鎂）∶m（砷渣）= 0.10、m（水泥）∶m（砷渣）=0.3；其中，污泥加入量是影響砷浸出毒性的最主要因素。

b）砷渣中砷的浸出質(zhì)量濃度為1 780.00 mg/L。在最佳實驗條件下穩(wěn)定固化砷渣后，廢渣中砷的浸出質(zhì)量濃度為1.37 mg/L，低于GB 18598—2001《危險廢物填埋污染控制標準》中砷浸出質(zhì)量濃度為2.5 mg/L的填埋限值；處理后廢渣中其他金屬的浸出質(zhì)量濃度也低于標準限值。

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［6］ 申坤，程言君，高國龍，等. 某冶煉廢渣的穩(wěn)定化處理［J］. 有色金屬工程，2013，3（3）：45 - 49.

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［8］ 趙萌，寧平. 含砷污泥的固化處理［J］. 昆明李紅大學學報：理工版，2003，28（5）：100 - 104.

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［11］ 中國環(huán)境科學研究院固體廢物污染控制技術(shù)研究所. HJ/T 299—2007 固體廢物 浸出毒性浸出方法——硫酸硝酸法［S］. 北京：中國環(huán)境科學出版社，2007.

［12］ 國家環(huán)境保護局科技標準司. GB 5086.1—1997 固體廢物 浸出毒性浸出方法——翻轉(zhuǎn)法［S］. 北京：中國環(huán)境科學出版社，1997.

［13］ 中國環(huán)境科學研究院固體廢物污染控制技術(shù)研究所. GB 18598—2001 危險廢物填埋污染控制標準［S］. 北京：中國環(huán)境科學出版社，2001.

（編輯 王 馨）

Stabilization and Solidification of Strong Acidic Arsenic Sulfide Residue

Zhou Shuli，Shang Tongming，Zhong Pengpeng，Liu Weiqiao
（School of Chemical and Environmental Engineering，Jiangsu University of Technology，Changzhou Jiangsu 213001，China）

The strong acidic arsenic sulf i de residue was stabilized and solidif i ed using sludge，lime，MgO and cement. The effects of the solidif i cation agents on leaching toxicity of the residue were studied by orthogonal tests with the mass concentration of As in the leaching solution as index. The experimental results show that：The dosage of sludge is the main factor；Under the optimum conditions of m（sludge）∶m（residue）=2.0，m（lime）∶m（residue）=1.0，m（MgO）∶m（residue）=0.10，m（cement）∶m（residue）=0.3，the leached-As mass concentration is decreased from 1 780.00 mg/L to 1.37 mg/L，which is lower than 2.5 mg/L of the limit in hazardous waste landf i ll standard of GB 18598-2001；The mass concentrations of other leached heavy metals are also below the limits in the standard.

arsenic sulf i de residue；sludge；stabilization and solidif i cation；leaching toxicity

X781.3

A

1006-1878（2015）05-0513-03

2015 - 04 - 17；

2015 - 06 - 08。

周書利（1989—），女，江蘇省連云港市人，碩士生，電話 15061976022，電郵 852544637@qq.com。聯(lián)系人：尚通明，電話 13912301266，電郵 shangtm@jstu.edu.cn。